[發明專利]一種3D打印用低成本鈦粉的流化整形制備方法

有效

• 申請號: 201811408679.2
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109382511B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 秦明禮;陳剛;丁旺旺;曲選輝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B33Y70/00
• 代理公司: 11237 北京市廣友專利事務所有限責任公司
• 代理人: 張仲波<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種3D打印用低成本鈦粉的流化整形制備方法，屬于粉末冶金粉末制備技術領域。具體制備方法為：使用低成本氫化脫氫不規則形狀鈦粉為粉末原料，將鈦粉置于流化床反應器中，并通入Ar或H₂，氣流流速為0.5～1.5L/min，將反應器加熱至300～700℃，流化處理時間為5～90min，對鈦粉進行流化整形處理。在流動高純氬氣及高溫加熱的狀態下，通過粉末顆粒之間的碰撞和摩擦，對不規則形狀鈦粉的尖銳棱角進行打磨處理，使所得鈦粉的流動性得到有效改善，其雜質含量也得到了有效控制。本方法使用流化床工藝對低成本不規則形狀鈦粉進行流化整形處理，具有設備工藝簡單、效率高、雜質含量可控、制備成本低等優點，提供了一種滿足3D打印和注射成形等粉末冶金工藝要求的低成本鈦粉原料的流化整形制備方法。

技術領域

本發明屬于金屬粉末冶金制備技術領域，提供一種3D打印用低成本鈦粉的流化整形制備方法。

背景技術

鈦是一種密度低、耐腐蝕好、比強度高、生物相容性優異的金屬，主要應用于航空航天、石油化工、能源、生物醫用等領域。近年來，利用3D打印和注射成形等粉末冶金近凈成形工藝制備高性能且形狀復雜的鈦制品成為了國內外爭相研究的熱點。粉末冶金工藝對于鈦粉末原料的性能要求較高，除了粒度及其組成、氧含量性能之外，特別對粉末流動性提出了較高的要求。因為，粉末流動性直接影響到粉末成形質量，比如3D打印過程中的粉末鋪展均勻性或注射成形喂料中的粉末裝載率(量)等，從而關乎最終制品的綜合性能。因此，3D打印和注射成形等粉末冶金工藝通常使用粉末流動性較好的球形鈦粉作為原料。球形鈦粉主要采用惰性氣體霧化、等離子旋轉電極霧化、等離子熔絲霧化和等離子球化等方法制得，這些工藝所制鈦粉的球形度較高，雜質含量較低，流動性較好。然而，上述球形鈦粉的制備方法設備復雜、工藝繁瑣，生產成本高(目前3D打印或注射成形用球形鈦及鈦合金粉末每公斤價格超過2000元)，高昂的價格成為限制了粉末冶金鈦制品的廣泛應用的關鍵因素。因此，開發一種成本低、工藝過程簡單、雜質含量可控、流動性好，且能滿足粉末冶金工藝要求的鈦粉制備或加工技術迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本制備球形度和流動性好，且能滿足3D打印和注射成形等粉末冶金工藝要求的鈦粉的方法，解決目前球形鈦粉的生產設備要求高、工藝復雜、成本高等問題。

本發明首次將流化技術應用于不規則形狀粉末的整形處理。流化技術是通過固體顆粒與氣體或液體流體介質在容器中相互運動和接觸，從而達到表面處理、干燥或傳質傳熱等目的，已被廣泛用于化工、輕工、醫藥、食品等領域。本發明采用低成本氫化脫氫鈦粉為原料，將鈦粉至于流化反應器中，在保護氣氛中于一定溫度下通過粉末顆粒之間的碰撞和摩擦，達到鈦粉整形的目的，從而改善粉末球形度，獲得流動性好的鈦粉，滿足3D打印和注射成形等粉末冶金工藝的要求。該方法具有成本低、設備和工藝簡單、效率高、雜質含量可控、粉末流動性改善效果明顯等優點，也可用作其他金屬粉末的整形處理。

一種3D打印用低成本鈦粉的流化整形制備方法(示意圖見圖1)，包括如下具體步驟：

(1)采用氫化脫氫不規則形狀鈦粉為原料，將鈦粉加入流化反應器中，自上而下地往流化床反應器通入一定流量的氣體(Ar或者H₂)，以排除流化反應器內的空氣，為粉末提供氣體保護環境。

(2)待流化床反應器內部空氣排完之后，將其移至加熱系統中，流化過程中連續通入穩定流量的氣體(Ar或者H₂)，氣流流速為0.5～1.5L/min，并加熱溫度至300～700℃，在恒溫下流化5～90min。流化過程中，由于氣流的作用，鈦粉顆粒漂浮于反應器中，并發生顆粒間的相互碰撞和摩擦，使其表面形貌和粒度組成發生變化。

(3)流化結束后，將流化床反應器移出加熱系統，持續通保護氣體，待反應器待在空氣中冷卻，停止通氣并用真空封裝收集處理后的鈦粉。

本發明首次采用流化技術對鈦粉進行整形處理，具有成本低、氧含量可控、粉末整形效果好等優勢，具體如下：